泥石流分布与环境因子的关系——以绵阳市北部县区为例

叶 蕾

（云南师范大学，云南 昆明 650500）

泥石流是一种介于流水与滑坡之间的地质作用[1]，主要发生在山区地区，是我国最常见的地质灾害之一。其形成过程主要是由于大量的水体浸透山坡或沟床中的固体堆积物质，使其稳定性降低，饱含水分固体堆积物质在自身重力作用下发生运动，就造成了泥石流[2]。泥石流灾害的发生常常具有突发性，且来势迅猛，作为一种灾害性的地质现象，由此引发的危害也十分巨大[3]，其在发生时不仅会冲毁沿线公路[4、5]、桥梁[6]、房屋等设施，还有可能淹没农田、掩埋村庄，造成人员伤亡以及经济财产损失[7、8]。据不完全统计，从2005年-2015年，仅仅十一年时间，我国共发生泥石流灾害10 927起，造成人员死亡（失踪）3 000人，直接经济损失约142亿元[9]。国内学者关于泥石灾害的探究主要集中于泥石流灾害的成因[10-13]，而对环境因子与泥石流灾害分布的关系的研究较少。在我国西南地区泥石流灾害尤为典型，以四川、云南、西藏为主要分布区域[9]，绵阳市北部山区位于四川省西北部，属于泥石流高易发区域[14]。通过对该区域泥石流分布密度与环境因子的关系进行研究，不仅有助于我们了解环境因子对泥石流的影响，同时可以为泥石流灾害的预防与整治提供参考。

1 研究区概况

1.1 地理位置

绵阳市位于四川省西北部，居涪江的中上游地区，西北部与阿坝藏族羌族自治县相连，东部与广元市毗邻，西南部靠近德阳市，东南部与南充市、遂宁市接壤。绵阳市北部区县包括平武县、北川羌族自治县、安州区。

平武县位于绵阳市的北部地区，涪江上游地区，东连青川县，南接北川县，西邻松潘县，北靠甘肃省，东南临江油市，西北抵九寨沟县。

北川羌族自治县位于绵阳市西北部地区，东邻江油市，南接安州区，西抵茂县，北靠松潘、平武县，辖区面积共3 084 km2。

安州区位于绵阳市西南部，龙门山脉中段，东抵江油市，东南与涪城区接壤；南至德阳市罗江县，西南与绵竹市相连；北靠北川县，西北与阿坝藏族羌族自治州茂县毗邻，辖区面积1 189 km2。

1.2 地形地貌

绵阳市的地形大体上是自西北向东南倾斜，地貌类型也由山地逐渐向丘陵过渡。

平武县地形主要以山地为主。其中山地主要包括南北走向的岷山山脉以及东西走向的摩天岭山脉和近北东至南西走向的龙门山脉。地势呈现西北高、东南低的趋势，在其西北部主要分布的是极高山、高山，向东南渐次过渡为中山、低中山和低山[15]。

北川羌族自治县地形也是以山地为主。平均海拔较高，层峦叠嶂，山峰交错，境内山脉主要包括西部的岷山山脉和东部的龙门山脉。地势呈现西北高，东南低的态势，地势的递降较快，从其西北部到西南部每隔1 000 m海拔大概下降46 m。境内水文条件良好，河沟纵横，主要的水系包括湔江、平通河、安昌河和苏宝河，皆依地形地势从东南方向流出，最终注入涪江。

安州区西北部系龙门山脉，地势较高，根据地貌成因和地表形态，安州区地貌可分为平坝、丘陵（台地）、低中山三种类型。

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源

1）源自绵阳市国土资源局的绵阳市2017年主要泥石流灾害分布数据。

2）绵阳市1∶50万分辨率为30 m×30 m DEM数字高程图。

3）根据绵阳市北部县区（平武县、北川羌族自治县、安州区）的地形和地势，对其高程进行分级，每500 m为一级，共分为11级；对坡度进行分级，每10度为一级，共分为9级；根据绵阳市北部县区（平武县、北川羌族自治县、安州区）的水文特征对与水系欧氏距离进行分级，每0.5 km为一级，分为<0.5 km，0.5～1 km，1～1.5 km，>1.5 km；共4级。

2.2 研究方法

2.2.1 频率比数研究法

首先对连续变量（高程、坡度、去水系距离）进行分级，计算每个不同变量的不同等级占绵阳市典型地区的频率。其公式为：

该公式中：Di为环境因子的第i个分级（或类型）在总面积的分布频率（%）；di为第i个分级（或类型）的土地分面积；A为总面积。

其次，将每个因子的每个级（或类型）的泥石流灾害发生次数占灾害点总数的百分比作为该分级（或类型）上泥石流灾害的发生频率。其公式为：

式中：Hi为某环境因子第i个分级（或类型）上泥石流灾害的分布频率（%）；hi为某环境因子第i个分级（或类型）上灾害发生的次数；S为泥石流灾害总次数。

2.2.2 缓冲区分析

缓冲区分析是空间分析的一种。空间分析是对于地理空间现象的定量研究，其常规能力是操纵空间数据使之成为不同的形式，并且提取其潜在的信息[16]。缓冲区分析通过对是指以点、线、面实体为基础，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形图层，然后建立该图层与目标图层的叠加，进行分析而得到所需结果[17]。

3 结果与分析

3.1 高程与泥石流灾害的关系

根据绵阳市北部县区平（武县、北川羌族自治县、安州区）的地形，将高程以每500 m为分级，共分为11级：<500 m，500～1 000 m，1 000～1 500 m，1 500～2 000 m，2 000～2 500 m，2 500～3 000 m，3 000～3 500 m，3 500～4 000 m，4 000～4 500 m，4 500～5 000 m，5 000～5 500 m。

通过计算，绵阳市北部县区（平武县、北川羌族自治县、安州区）不同高程分级所占的面积及泥石流发生频数结果，如表1所示：

表1 绵阳市北部县区不同高程分级所占的面积及泥石流分布频数

根据公式（1）、（2）结合表（1）分别计算11个级别高程所对应的分布频率、泥石流灾害的发生频率，其结果见表2和图1、图2。

表2 泥石流灾害在绵阳市北部县区与高程的频率比数

图1 绵阳市北部县区泥石流灾害分布与高程的关系图

图2 绵阳市北部县区泥石流灾害分布与高程的关系曲线图

根据表1、表2结合图1、图2可知，绵阳市北部县区（平武县、北川羌族自治县、安州区）的泥石流灾害与高程的关系可以概括为以下几点：

泥石流灾害的分布的频率比数随着高程的增加而逐渐增多，在高程达到1 000～1 500m时达到一个极大值；

在极大值区段内泥石流灾害的发生频率占泥石流灾害总数的50.19%；

随着高程的增加频率比数逐渐减小，在高程超过5 000 m后，泥石流灾害不再发生。

由此可知，泥石流灾害在绵阳市北部县区的分布主要集中在1 000～1 500 m的高峻山体上；其次，在高程500～1 000 m的丘陵到高山的过渡带，泥石流灾害的发生频率也比较高；在海拔超过5000 m的极高山，泥石流基本不发生。

3.2 坡度与泥石流灾害的关系

根据绵阳市平武县、北川羌族自治县、安州的坡度图，将坡度以每10度为一级进行分级，共分为9级：0～10 °，10～20 °，20～30 °，30～40 °，40～50 °，50～60 °，60～70 °，70～80 °，80～90 °。

通过计算，不同坡度等级占绵阳市典型地区（平武县、北川羌族自治县、安州区）的面积及泥石流发生频数如下：

根据公式（1）、（2）结合表3分别计算8个级别坡度所对应的分布频率、泥石流灾害的发生频率，其结果见表4，图2、图3所示。

表3 绵阳市北部县区（平武县、北川羌族自治县、安州区）不同坡度所占面积

表4 绵阳市北部县区泥石流灾害在不同坡度的频率比数

根据表3、表4和图3、图4可以看出，绵阳市北部县区泥石流灾害的分布的频率比数与坡度的关系可以概括为以下几点：

图3 绵阳市北部县区泥石流灾害分布与坡度的关系图

图4 绵阳市北部县区泥石流灾害分布与坡度的关系曲线图

随着坡度的增加，泥石流灾害的分布频率比数逐渐增加，在坡度到达20～30°时达到极大值；

在极大值区段内，泥石流灾害的发生次数占泥石流灾害发生总次数的频率比数为29.81%；

随着坡度的增加，泥石流灾害的发生频率逐渐减少，在坡度超过60°后，泥石流灾害几乎不再发生，在坡度超过70°，泥石流灾害不再发生。

由此可知，泥石流灾害的在绵阳市北部县区的发生主要集中于坡度10～50°的山坡上，其中最主要的集中区域是坡度20～30°的较陡坡。当坡度过高时，泥石流灾害不再发育。

3.3 水系距离与泥石流灾害分布的关系

根据绵阳市北部县区（平武县、北川羌族自治县、安州区）的水系分布图，以水系为指标，进行缓冲区分析，以每500 m为一级进行分级，共分为4级：<500 m，500～1 000 m，1 000～1 500 m，>1 500 m。由于每个分级所占的面积相同，所以不需计算单位面积上泥石流灾害的发生频率比数。只需根据公式（1）分别计算四个等级所对应的分布频率、泥石流灾害的发生频率。其结果见表5。

表5 泥石流灾害与水系距离的频率比数

根据表5和图5、图6可以看出，绵阳市北部县区的泥石流灾害与水系的关系可以概括为以下几点：

图5 绵阳市北部县区泥石流灾害分布与水系距离的关系图

图6 绵阳市北部县区泥石流灾害分布与水系距离的关系曲线图

水系距离与泥石流灾害分布并没有极其密切的关系；

泥石流灾害与水系距离的相关关系主要分为两个极端，即在<500 m的范围内，是泥石流灾害的高发区域，可是随着水系距离的增加，它们的频率比数呈现先减少后增加的趋势，即当水系距离>1 500 m后，泥石流灾害广泛发育。

由此可知，造成该结果的原因可能是在距离水系极近的区域，有利于泥石流灾害的发育，而随着水系距离的增加，水系不再是影响泥石流灾害发育的主导因子，其他因子主导泥石流灾害的发生。

4 泥石流灾害防治对策

泥石流灾害是我国山区发生频率较高的一种地质灾害，由于其往往会造成较为严重的经济财产的损失和人员伤亡而受到人们的广泛关注，而由于其发生时的突然性与惊人的破坏力又使得对其进行预防与监测变得困难。基于对绵阳市北部县区泥石流灾害的分布与环境因子的关系的分析，提出以下几条泥石流灾害的防治的关键及对策。

泥石流主要发生的高程1 000～1 500 m的山区地区，所以该高程范围内的山区地区更应该加强对泥石流灾害的监测工作，注意泥石流灾害的发生动向。此外，为了减少泥石流灾害造成的损失，也可以尽可能地减少乡镇、村庄等在该高程范围内的分布。

在坡度较大的区域泥石流灾害更易发生，所以在山地坡度较大的地区，可以采取工程措施来防治泥石流灾害。比如，在陡坡处修筑泥石流防护坡、挡墙以及采取生物措施进行泥石流灾害的防御工作，减少山坡地区泥石流灾害的发生。

在近水系区域泥石流灾害发生频率较高，水流为泥石流灾害的发生提供了外在能量条件。因此在近水系区域可以采取修筑拦挡坝、储淤场等工程措施来削弱泥石流的流量、下泄量和能量，以减少泥石流的冲刷、撞击和淤埋。

5 结论

泥石流灾害的发育与高程、坡度和水系都有极其密切的关系，随着高程、坡度、水系距离的变化，泥石流灾害的发生频率也发生明显的变化；泥石流灾害在绵阳市北部县区的发育主要集中于高程500～1 000 m的陡峻山体之上，陡峻的山体是形成泥石流灾害的初始条件；泥石流灾害发育主要集中在坡度20～30°的区域，此坡度一方面使泥石流的松散物质不易集中，一方面也使泥石流物质有了向下坡滑动的充足动力；泥石流灾害的发育与水系距离的关系出现明显两极化变化，一方面在距离水系极近的区域发生频率较高，水系为泥石流的发育提供了诱发条件；另一方面，随着水系距离的增加，泥石流频率也增大，证明水系距离增大到一定程度后，水系将不再是影响泥石流灾害发生的原因。